全 文 ：园 　艺 　学 　报 　2007, 34 (1) : 23 - 28
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2006 - 06 - 01; 修回日期 : 2006 - 09 - 27
基金项目 : 中国科学院知识创新工程方向性项目 ( KSCX22SW 2320) ; 湖北省武汉市晨光计划项目 (985003074)3 通讯作者 Author for correspondence ( E2mail: chenzp@ rose1whiob1ac1cn)
感谢华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室石磊博士、张伟硕士 , 武汉大学生命科学学院植物系统学与进化生物学研究室
陈进明博士在试验过程中给予的大力支持与帮助。
基于 ITS序列探讨核果类果树桃、李、杏、梅、樱的
系统发育关系
刘艳玲 , 徐立铭 , 程中平 3
(中国科学院武汉植物园 , 武汉 430074)
摘 　要 : 测定了桃属 (Am ygdalus L. ) 8个野生种的 ITS序列 , 并结合 GenBank中已有的 3个近缘属
(李属、杏属和樱属 ) 18个代表种的 ITS数据 , 组成数据距阵 , 应用 PAUP程序中的最大简约法构建了核
果类果树桃李杏梅樱的系统发育关系。结果表明 : 基因树上 , 桃李杏梅樱类植物被分成 2大分支 , 樱属
(Cerasus M ill. ) 各个种构成一单系分支 (CladeⅠ) , 并与其余各属构成另一单系分支 , 形成姊妹群关系位
于系统发育树的基部 , 自展支持率分别为 68% ; 而李属 ( Prunus L. )、杏属 (A rm eniaca M ill. ) 和桃属
(Am ygdalus L. ) 聚在一起构成另一个单系分支 (CladeⅡ) , 得到了 Bootstrap值的有力支持 (100% ) , 表明
它们三属之间可能存在很近的亲缘关系或具有共同的起源。在 CladeⅡ分支内又分成两支 , 一支为桃属 , 一
支为李属和杏属 , 其自展支持率为 100%和 54%。最后根据 ITS基因树并结合各属的形态特征及地理分布
讨论了核果类果树的进化和分类问题。
关键词 : 核果类 ; 系统发育 ; 桃 ; 李 ; 杏 ; 梅 ; 樱
中图分类号 : S 662　　文献标识码 : A　　文章编号 : 05132353X (2007) 0120023206
Phylogenetic Ana lysis of Stone Fru its Such a s Peach, Plum, Apr icot, M um e
and Cherry Ba sed on ITS Sequences
L IU Yan2ling, XU L i2m ing, and CHENG Zhong2p ing3
(W uhan B otan ica l Garden, the Chinese A cadem y of Sciences, W uhan 430074, Ch ina)
Abstract: The internal transcribed spacer ( ITS) regions of nuclear ribosomal DNA from 8 species of
Am ygdalus L. were sequenced, and analyzed togetherwith other ITS sequences ( from GenBank) of 18 species
rep resenting genera Cerasus M ill. , A rm en iaca M ill. , and P runus L. Taking Padus racem osa (Lam. ) Gilib.
and Padus buergeriana (M iq. ) Y et Ku as outgroup s, phylogenetic analysis of ITS sequences was made by
using PAUP410b4a software. Resusts indicated that 1 ) The consensus tree could be divided into two main
clades, CerasusM ill. and the remaining genera, supported by bootstrap values of 68% and 100% , respective2
ly. 2) Species of CerasusM ill. formed a basal group (Clade Ⅰ). Prunus L. , A rm eniaca M ill. and Am ygda2
lus L. formed a monophyletic group (CladeⅡ) with bootstrap value of 100% , which imp lied that they had
close relationship s with each other and p robably had a common origin. CladeⅡwas divided into two subcla2
des. One wasAm ygdalus L. , and the other was P runus L. and A rm eniaca M ill. Bootstrap values for these two
subclades were 100% and 54% , respectively. The evolutional and taxonom ic relationship s of stone fruits were
discussed based on the phylogenetic analysis of ITS sequences, morphological characters and geographical dis2
tribution.
Key words: Stone fruits; Phylogeny; Peach; Plum; Ap ricot; Mume; Cherry
园 　　艺 　　学 　　报 34卷
　　桃、李、杏、梅、樱等核果类果树不仅在植物分类学上相似性很高 , 而且种类繁多 , 分布甚广 ,
其分类问题一直存在较大分歧 , 在美国果树界被称为 Hardest Puzzle ( Shaw & Small, 2004)。根据形态
学分类的结果 , 主要有两种观点 , 一是将其归为 1个属或 1个亚属 (魏文娜 等 , 1996) , 二是将其
分为 2个属或 2个亚属 (L innaeus, 1754)。根据最近的分子证据 , 国外学者大多持 1个属 , 属下又分
若干亚属或若干组的观点 (Lee & W en, 2001; Bortiri et al. , 2002) , 但亚属间的亲缘关系和系统分类
地位的确立并未得到较为合理的解决 , 如 Yoshidat等认为矮生樱亚属 (L ithocerasus) 和樱属 ( Cerasus
M ill. ) 具有相同的分类地位 , 并通过 RAPD 分析建议将矮生樱亚属中的 4个种分别划入李亚属
( P runophora) 和桃亚属 (Am ygdalus L. ) ( Takehiko et al. , 2001 )。而国内学者则多采用俞德浚
(1979) 的观点 , 将它们直接分为桃属 (Am ygdalus L. )、李属 ( P runus L. )、杏属 (A rm eniaca M ill. )
和樱属 (Cerasus M ill. ) (包括典型樱亚属和矮生樱亚属 )。本文采用中国植物志中叙述的分类系统。
核糖体 DNA中的内转录间隔区 ( ITS) 序列由于可以提供较丰富的信息位点 , 已成为在序列水平
上探讨科内属间及属下种间关系十分有效的手段 (Baldwin et al. , 1995; 刘艳玲 等 , 2005a, 2005b)。
作者通过测得桃属 8个野生种的 ITS序列和从 GenBank获取的 3个近缘属 (李属、杏属和樱属 ) 18
个代表种及外类群稠李 [ Padus racem osa (Lam. ) Gilib. ] 和橉木 [ Padus buergeriana (M iq. ) Yüet
Ku ] 的 ITS序列分析 , 重建了核果类果树桃、李、杏、梅、樱的 ITS系统发育树 , 试图为核果类果树
的系统学和分类学研究提供新的证据。
1　材料与方法
材料及序列号见表 1。凭证标本保存于中国科学院武汉植物园标本馆 (H IB )。
表 1　试验材料及其来源
Table 1　L ist of taxa used in th is study and the ir or ig in, voucher and the GenBank accession num bers
分类群 Taxon 来源和凭证标本 O rigin and voucher GenBank acc. No.
欧洲李 Prunus dom estica L. GenBank AF318713
李 P runus sa licina L indl. GenBank AF318725
樱桃李 Prunus cerasifera Ehrh. GenBank AF318755
杏李 Prunus sim onii Carr. GenBank AF318720
黑刺李 Prunus spinosa L. GenBank AF318730
美洲李 Prunus am ericana Marshall GenBank AF318712
杏 A rm eniaca vulgaris Lam. GenBank AF318756
山杏 A rm eniaca sibirica L. GenBank AF318739
东北杏 A rm eniaca m andshurica (Maxim. ) Koehne GenBank AF318714
梅 A rm eniaca m um e Siebold & Zucc. GenBank AF318728
欧洲酸樱桃 Cerasus cerasus L. GenBank AF318729
欧洲甜樱桃 Cerasus avium (L. ) Moench GenBank AF318737
草原樱桃 Cerasus fruticosa ( Pall. ) G. Woron GenBank AF318738
山樱花 Cerasus serru lata (L indl. ) G. Don ex London GenBank AF318721
钟花樱桃 Cerasus cam panula ta (Maxim. ) Yüet L i GenBank AF318658
樱桃 Cerasus pseudocerasus (L indl. ) G. Don GenBank AF318731
圆叶樱桃 Cerasus m ahaleb (L. ) M ill. GenBank AF318747
黑樱桃 Cerasus m axim ow izii Rup r. GenBank AF179525
光核桃 Am ygdalus m ira ( Koehne) Yüet Lu 西藏加查 J iacha, Xizang X. Z. Chen 0422 DQ003551
甘肃桃 A. kansuensis (Rehd. ) Skeels 甘肃景泰 J ingtai, Gansu X. Z. Chen 0421 DQ003552
扁桃 A. dulcis (M ill. ) D. A. W ebb. ZF I, CAAS3 Y. L. L iu 0405 DQ003550
毛桃 A. persica L. 湖北神农架 Shennongjia Region, Hubei X. Z. Chen 0320 DQ003549
新疆桃 A. ferganensis ( Kost. & R jab. ) Yüet Lu ZF I, CAAS3 Y. L. L iu 0401 DQ006280
陕甘山桃 A. davidiana var. potanini Yüet Lu ZF I, CAAS3 Z. P. Cheng 0402 DQ006276
山桃 A. davidiana (Carr. ) C. de Vos ex Henry 河南济源 J iyuan, Henan Z. H. Zhang 0415 DQ006281
野扁桃 A. ledebouriana Schlecht. 新疆塔城 Tacheng, Xinjiang Z. P. Cheng 0401 DQ006279
稠李 Padus racem osa (Lam. ) Gilib. GenBank AF318726
橉木 Padus buergeriana (M iq. ) Yüet Ku GenBank AF1795283 ZF I, CAAS: 中国农业科学院郑州果树研究所 Zhengzhou Fruit Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences
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　1期 刘艳玲等 : 基于 ITS序列探讨核果类果树桃、李、杏、梅、樱的系统发育关系 　
　　取上述植物的新鲜叶片约 011 g, 采用改良的 CTAB法 (Doyle & Doyle, 1987) 提取总 DNA。
聚合酶链式反应 ( PCR ) 在 MJ “PTC2225”型 PCR仪上进行 , 用 W hite等 (1990) 描述的一对
通用引物 ITS4 ( 5′TCCTCCGCTTATTGATATGC3′) 和 ITS5 ( 5′GGAAGTAAAAGTCGTAACAAGG3′) 进
行 ITS区的扩增。
PCR反应程序为 : 94℃预变性 4 m in; 94℃变性 1 m in, 50℃退火 1 m in, 72℃延伸 2 m in, 30个
循环 ; 最后 72℃保温 7 m in。
扩增产物经回收纯化后克隆到 pMD 182T载体上 , 并在含有 X2Gal、 IPTG和 Amp的 LB - 琼脂平
板培养基上培养。
每份植物样品挑选出 2份阳性克隆送上海生工生物工程技术有限公司用 AB I377型自动测序仪测
序 , 测序引物为 M13 + /M13 - 。
为了保证测序的准确性 , 对 ITS序列正、反链进行测定并加以校准。
对正、反链序列进行整合并切除两端引物后 , 和从 GenBank 获得的序列经 Clustal X 软件
( Thomp son et al. , 1997) 排序 , 个别位点做必要的人工校正 , 以稠李和橉木为外类群 , 用 PAUP
410b4a软件进行系统发育分析。空位 ( Gap) 被处理为缺失 (M issing)。最大简约性分析采用如下选
项完成 , 即 : 树二组重新连接 ( TBR )、启发式搜索 (Heuristic Search)、多重性选择 (Multrees op2
tion)、ACCTRAN优化和 1 000次随机附加的重复。利用 Bootstrap (1 000次重复 ) 检验各分支的置信
度 ( Felsenstein, 1985)。
2　结果与分析
211　序列分析
本试验测得的桃属 (Am ygdalus L. ) 8种植物 ITS区序列和从 GenBank获得的 3个近缘属 18个代
表种的 ITS区 (含 518S) 序列的长度范围为 633～663 bp。
当空位 ( Gap) 作缺失处理时 , ITS区全序列排序后的长度为 671位点 , 其中有 110个变异位点 ,
63个为系统发育的信息位点 , 分别占 16139%和 9139%。
ITS1的长度范围为 235～255 bp, G + C含量为 57183% ～64157%。 ITS1区排序后长度为 259位
点 , 变异位点占 23117% , 信息位点占 13190%。
ITS2的长度范围为 240～245 bp, G + C含量为 62104% ～64175%。 ITS2区排序后长度为 248位
点 , 变异位点占 17134% , 信息位点占 10148%。
518S rDNA的长度为 164 bp (其中美洲李 P runus am ericana Marshall缺失两个碱基 G和 C, 为 162
bp; 黑樱桃 Cerasus m axim ow izii Rup r. 缺失一个碱基 C, 为 163 bp)。
212　系统发育分析
以稠李 Padus racem osa和橉木 Padus buergeriana为外类群 , 当空位作缺失处理时 , ITS全序列的
简约性分析得到了 108棵最简约树 (MPTs) , 该树树长为 181步 , 一致性指数 (C I) 和维持性指数
(R I) 分别为 01702和 01839。利用 108个最简约树获取严格一致树 (图 1) : 桃、李、杏、梅、樱类
植物被分成两大分支 , 樱属 (Cerasus M ill. ) 各个种聚在一起构成一单系分支 , CladeⅠ自展支持率为
68% ; 而李属 ( P runus L. )、杏属 (A rm eniaca M ill. ) 和桃属 (Am ygda lus L. ) 以 100%的自展支持率
聚在一起构成另一个单系分支 (CladeⅡ) , 在此分支内又分成两支 , 一支为桃属 , 一支为李属和杏
属 , 其自展支持率分别为 100%和 54%。
根据 ITS序列系统发育树的分支情况及各分支自展支持率的高低 (图 1) , 作者建议将桃李杏梅
樱 5种核果类果树分为二属三亚属 : 樱属 (Cerasus M ill. ) 和李属 ( P runus L. ) , 李属下又分桃亚属、
李亚属和杏亚属。
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园 　　艺 　　学 　　报 34卷
图 1　基于 ITS序列分析得到的 108个最简约树的严格一致树
步长为 181, 一致性指数 (CI) 01702, 维持性指数 (R I) 为 01839。分枝下面的数值代表自展支持率。
F ig. 1　The str ict consen sus tree of 108 equa lly most parsimon ious
trees ba sed on ITS sequences w ith a ll characters equa lly we ighted
Length = 181, C I = 01702, R I = 01839. Numbers below branches are bootstrap values ( % ) with 1 000 rep licates.
3　讨论
基于 ITS序列构建的核果类果树桃、李、杏、梅、樱的系统发育树 (图 1) 可以看出 , 樱属
(Cerasus M ill. ) 构成一单系分支 , 位于系统发育树的基部 , 其自展支持率仅有 68% , 这一结果与
Bortiri等 (2001) 基于 trnL2trnF序列构建李亚科植物的系统发育树中樱属的分类地位较为一致 , 也与
樱属的传统分类地位 (中国科学院中国植物志编辑委员会 , 1986) 基本一致。樱属各种类虽由于共
征聚在一起 , 但个体间形态性状差异较大 (特别是腋芽单生或并生、花序形状、着花数等 )、地理分
布范围较广 , 导致其种间聚在一起的内部支持率较低。在樱属的 ITS分支图 (CladeⅠ) 中 , 欧洲甜
樱桃、酸樱桃和樱桃都为高大乔木 , 它们以 100%的自展支持率聚在一起 , 显示了较近的亲缘关系。
但欧洲甜樱桃和酸樱桃原产于欧洲与西亚 , 自古栽培 , 有很多变种与变型 , 我国辽宁、山东、河北等
都有引种栽培 , 在中国植物志中按其形态特征被划入芽鳞组。而樱桃原产于中国辽宁、山东、江苏、
四川等地 , 久经栽培 , 品种颇多 , 根据其形态特征被划入裂瓣组。虽然 ITS序列证据与它们的地理分
布、形态分类不太一致 , 但从 ITS系统发育树上可以得到肯定的是 , 三者的亲缘关系较为密切 , 并由
此说明芽鳞组和裂瓣组之间存在着交叉与重叠 , 这也从侧面证明了它们在长期的栽培过程中相互之间
不可避免的存在着天然杂交、人为培育、遗传物质的交换等事件。
杏属与李属以较低的自展支持率 54%聚合在一起后 , 与桃属构成姊妹群 (自展支持率 BV
100% ) , 共同形成一单系类群 , 即 CladeⅡ, 表明它们可能具有共同的起源。魏文娜等 ( 1996a) 通
过扫描电镜观察发现 : 桃、李、梅、杏 4种核果类植物的花粉多为长球形 , 且外壁纹饰都具条纹状 ,
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　1期 刘艳玲等 : 基于 ITS序列探讨核果类果树桃、李、杏、梅、樱的系统发育关系 　
认为这是同属植物相似性的表现。通过染色体数量与质量性状的分析证明 : 桃、李、梅、杏体细胞的
染色体均为 2n = 2x = 16, 属小染色体型。核型均由中部着丝点 (m ) 和近中部着丝点 ( sm ) 组成 ,
其中 m着丝点都为 6对 , sm着丝点均为 2对。臂指数的平均值分别为 59162%、60168%、58100%、
59191% , 相对长度均为 12150% (魏文娜和唐前瑞 , 1996b)。唐前瑞和魏文娜 ( 1996) 对桃、李、
梅、杏的过氧化物酶同工酶的研究结果表明 , P1 (Rf = 0117)、P3 (R f = 0124)、P7 (R f = 0150)、P9
(Rf = 0157)、P11 (R f = 0163) 5条酶带具有同源相似之处 , 为同属各种的共同特征。本文的 ITS序列
分析结果也显示 : 桃属、李属和杏属间具有较近的亲缘关系 , 且具有共同的起源 (BV 100% ) , 这与
Bandenes和 Parfitt (1995) 对桃、李、杏、梅、樱叶绿体 DNA遗传变异分析的聚类结果一致。另外 ,
杏梅、山桃梅、桃李杂交种 (如 GF655) 的出现 (程中平 , 2003) 也为桃、李、杏、梅间具有较近
的亲缘关系提供了佐证。程中平 (2003) 利用筛选出的 22个引物对供试的 223份试材进行了 RAPD
扩增 , 也未发现桃、李、杏、梅类等出现各自独有的特征带 , 在进行聚类分析并以相似系数 01526作
为分类界限时 , 桃、李、杏、梅、樱类植物被分成了 4大类 , 即杏梅、李、樱和桃类 , 但它们之间的
所属关系未有涉及。
综上 , 根据本文 ITS序列的分析 , 结合孢粉学、染色体数、染色体核型、同工酶及叶绿体 DNA
研究的结果 , 作者支持将桃、李、梅、杏 4种核果类植物归为一属 : 李属 ( P runus L. ) , 其下又分若
干亚属的观点 ( Shaw & Small, 2004)。
桃属 8个野生种以 100%的自展支持率构成一单系类群 , 位于 CladeⅡ的基部 , 说明它们是一个
自然群体 , 具有共同的起源 , 这和基于 rpL16 、trnG、 trnS2trnG及 trnH2psbA区序列构建的系统发育树
拓朴结构 (B rowicz & Zohary, 1996; Shaw & Small, 2004) 相同。杏属和李属虽聚在一起 , 但其自展
支持率较低 (BV 54% ) , 说明两者亲缘关系相对桃属较近 , 这和基于形态性状的分类系统 (中国科
学院中国植物志编辑委员会 , 1986) 是一致的。在形态性状上 , 杏属和李属既有共征又有各自特性 ,
如两者的侧芽均为单生 , 顶芽缺 , 核常光滑或有不明显孔穴。李属的子房和果实均光滑无毛 , 常被蜡
粉 , 花常有柄 , 花叶同开 , 与杏属子房和果实常被短柔毛 , 花常无柄或有短柄 , 花先叶开具有明显的
差异而被划入不同的属或亚属。
杏梅以 85%的高强度支持率聚成一小支 , 具有较近的亲缘关系 , 这已从形态学 (中国科学院中
国植物志编辑委员会 , 1986)、孢粉学 (魏文娜 等 , 1996a)、细胞学 (魏文娜和唐前瑞 , 1996b)、
酶学 (唐前瑞和魏文娜 , 1996) 及 RAPD (程中平 , 2003) 分子标记技术上得到了证明。李与杏李 ,
欧洲李、樱桃李与黑刺李各聚合成一小支 , 然后组成姊妹群 , 其内部支持率仅有 67% , 这和对同工
酶的研究结果 (Mowrey & W erner, 1990) 是一致的。1975年 , W einberger认为六倍体的欧洲李是二
倍体樱桃李和四倍体黑刺李的杂交种 , 这在本文的 ITS系统发育树上得到了中度支持 (自展支持率为
74% )。而原产于加拿大东北部和美国的美洲李与李属的其它种亲缘关系相对较远 , 形成一单支。
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